避障滅火小車設計

陳松偉 劉義明

摘 要：隨著科技的發展，各行各業都需要更加高效的方式去完成任務，此設計是以STC89C52為主控芯片的智能小車，系統由電源模塊、避障模塊、尋火模塊、驅動模塊和滅火模塊組成。在封閉的室內，蠟燭模擬火源的狀態下，該小車能在無人控制的情況下實現躲避障礙、尋找火源、實時監控火源狀態和滅火的功能。

關鍵詞：AT89S52 滅火 避障 智能小車；

0 前言

目前，大多數地方的防火和滅火工作主要還靠傳統人力來完成，但隨著科技的發展，單靠人力來完成防火、滅火工作已經滿足不了一些復雜火災的發生，更加智能快速的滅火方式可以有效地保護社會財產和人員的安全，因此本設計中使用智能避障滅火小車來防火滅火有著重要的現實意義。

1 總體設計方案

該避障滅火小車以二驅動小車為載體，由6個功能模塊構成。電源采用三節3.7 V鋰電池并搭配穩壓管來作為簡單的直流穩壓電源，選用L298N直流電機驅動模塊用來驅動兩個直流電機，實現小車的前進、后退、左轉、右轉、停車等功能，以AT89S52芯片為系統控制核心，使用紅外避障模塊進行避障，另外加上火焰傳感器模塊進行探尋火源，而滅火采用的是風扇模擬滅火模塊。小車在工作狀態中火焰傳感器和紅外避障模塊會一直工作并發出信號，當火焰傳感器模塊探測到火源或紅外避障模塊識別到障礙時，返回信息給主控制器，主控制器控制驅動模塊進一步控制小車完成前進、后退、左轉、右轉、停車等動作，當小車靠近火源時，主控制器會發出信號給滅火模塊進行滅火操作，同時火焰傳感器會一直檢測火源的狀態，實時反饋給主控制器。而最后利用Keil的開發環境對系統程序進行編寫調試。

2 硬件設計

2.1 單片機

采用AT89S52單片機作為系統控制中心，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器有和32個I/0接口在單芯片上，雖然內部資源相對較少，運行速度慢，功能較為單一， 但是價格低廉、性能穩定、使用方便、外圍電路成熟。

2.2 電源模塊的設計

采用三節可充電的18650電池來供電，經過LN7805穩壓管穩壓后給單片機、驅動芯片、電機等電路供電。這種方法電源經過穩壓后到單片機、驅動芯片、電機等電路電壓達到了4.9V，小車的工作性能很穩定，電機帶動車輪走起來的速度適中，尋跡效果也很好，而且價格便宜，就我們實驗和演示而言，我們最后決定用這種方案。

2.3 電機驅動模塊

方案一：采用專用芯片L298N作為電機驅動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它響應頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端，用該芯片作為電機驅動，操作方便，穩定性好，性能優良。

方案二：對于直流電機用分立式原件構成驅動電路，有分立元件構成電機驅動電路，結構簡單，價格低廉，在實際應用中應用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩定。

基于上述的比較分析，雖然直流電機用分立式原件構成的驅動電路結構簡單，價格低廉，但是考慮到小車工作的穩定性，我們采用了專用芯片L298N作為電機驅動芯片。

2.4 避障模塊

智能小車避障檢測的傳感器采用紅外反射式傳感器ST188。在避障的測試中，室內無障礙的情況下，發射管發射的紅外線沒有反射到接收管，測量接收管的電壓為4.8V；有障礙物情況下，接收管接受到發射管發射的紅外線，電阻發生變化，所分得的電壓也就隨之發 生變化，測的接收管的電壓為0.5V。判斷有無障礙物使用比較器LM324，比較基準電壓由30K的變阻器調節。

2.5 尋火模塊

火焰檢測模塊主要使用火焰傳感器，將外界紅外光的強弱變化轉化為電流的變化，通過 A/D轉換器反映為0～255范圍內數值的變化，外界紅外光越強，數值越小；紅外光越弱，數值越大，探測角度為60°，為了準確判斷火源與小車的位置，小車上設置了5個火焰傳感器，型號為R2868，從正前方呈30°夾角對稱排列，這樣就可以發現小車前方180°范圍的火源。

2.6 滅火模塊

滅火功能模塊我們采用了風力作為滅火源，而風扇的驅動模塊我們選擇MOS管電機驅動，該電機驅動有穩定、轉速快，操作方便的特點，且價格適宜。當尋火模塊識別到火源時，主控制器傳遞信號給滅火模塊，風扇轉動達到滅火的目的。

3 軟件設計

此設計的軟件部分借助于keil軟件平臺完成，軟件開發采用的是模塊化程序，將程序分成若干個子程，然后進行每個模塊程序的逐一編寫，簡潔明了，便于調試。

打開電源開關，主控制器通電，先對避障模塊、尋火模塊、驅動模塊和滅火模塊進行初始化，小車開始工作，在封閉的室內進行火源探測，行進途中識別到障礙時，小車會通過左轉，右轉和倒車進行躲避障礙，直至探測到火源，小車執行滅火操作，同時小車會對火源進行實時監測，將火源信息反饋給主控制器，當監測到火源被熄滅后小車會結束滅火操作。

4 結束語

本文提出了一種經濟實用的智能避障滅火小車系統設計方法，該設計以AT89S52單片機作為平臺，采用電源模塊、電機驅動模塊、尋火模塊、避障模塊、滅火模塊等，能完成在實驗場地上正常行駛、躲避障礙、尋找火源位置、滅火和監測火源狀態等功能，此設計在功能實現上還有進一步提升空間，在后續的實驗中可將紅外避障模塊改用快速捕捉移動物體的高清攝像頭，以此采集小車行駛過程中前方及周圍情況的障礙物信息，同時增加尋火模塊的數量或更換為更為靈敏的傳感器，小車工作的效率會大大提升。

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